重量减小的飞行器轮胎的制作方法

本发明涉及具有胎体和带束层加强结构的充气轮胎，更具体地涉及高速重载轮胎，诸如用于飞行器上的那些。

背景技术：

用于高速应用的充气轮胎在轮胎进入和离开印迹（footprint）区域时在轮胎的胎冠区域中经历很高程度的屈曲。此问题在飞行器轮胎中尤其严重，其中，轮胎在起飞和降落时可达到超过200mph的速度。

当轮胎以非常高的速度转动时，胎冠区域倾向于由于高的角加速度和速度而尺寸扩大，这倾向于径向向外推动胎面区域。交通工具的载荷抵消这些力，所述载荷仅在被称作印迹区域的较小轮胎区域中被支撑。

目前驱动轮胎设计的是能够适应高速、高载荷并且具有减小的重量的飞行器轮胎。在现有技术中，已知在飞行器轮胎中使用之字形带束层，诸如在Watanabe的美国专利No.5,427,167中所公开的。之字形（zigzag）带束层的优点是消除了在带束层包的外横向边缘处的切割带束层边缘。之字形带束层的固有弹性还帮助提高回转力。但是，设计有之字形带束层的轮胎可在带束层边缘处产生过多层，这可降低耐用性。此外，载荷能力和重量之间通常也存在取舍。因此，需要一种改进的飞行器轮胎，其能够满足高速、高载荷并具有减小的重量。

定义

“胎体”表示除带束层结构、胎面、底胎面以及帘布层上的胎侧橡胶之外的轮胎结构,但是包括胎圈。

“周向”表示沿着与轴向方向垂直的环形胎面的表面的周长延伸的线或方向。

“帘线”表示组成轮胎中的帘布层的加强线束之一。

“赤道面（EP）”表示垂直于轮胎的旋转轴线并且穿过其胎面中心的平面。

在给定应变或应力下帘线的“弹性模量（modulus of elasticity）”表示在给定应变或应力下计算的延伸割线模量（extension secant modulus）。高弹性模量表示超过1000cN/tex的割线弹性模量，并且低弹性模量表示低于600cN/tex的割线模量。

“帘布层”表示涂覆有橡胶的平行帘线的连续层。

“径向的”和“径向地”表示在径向方向上朝着或远离轮胎的旋转轴线的方向。

“子午线轮胎”表示带束或周向地限制的充气轮胎，其中，从胎圈延伸至胎圈的帘布层相对于轮胎赤道面以65°与90°之间的帘线角安置。

“断面宽度”表示当膨胀至额定压力并未承载时，在轮胎的最宽部分处测量的轮胎胎侧之间的距离。

在给定应变或应力下帘线的“切线弹性模量（tangent modulus of elasticity）”表示帘线的延伸切线模量（extension tangent modulus）。在给定应变或应力下，切线弹性模量是应力应变曲线的切线的斜率值，并且可利用名称为“Standard Test Method for Young’s Modulus, Tangent Modulus and Chord Modulus”的ASTM E111-04确定。

“之字形带束层加强结构”表示至少两个帘布层或平行帘线的带，每个带中具有1至20个帘线，并且以在带束层的横向边缘之间以5°与30°之间的角延伸的交错图案布置。

技术实现要素：

本发明的一个或更多个实施例提供一种具有胎体和带束层加强结构的充气轮胎，所述带束层加强结构包括通过缠绕第一帘线条形成的低角带束层，通过缠绕第二帘线条形成的之字形带束层加强结构，其中，第二帘线条具有比第一帘线条更低的EPI，其中，第一加强帘线条具有9个加强帘线。

本发明的其他实施例提供一种具有胎体和带束层加强结构的充气轮胎，所述带束层加强结构包括通过缠绕第一帘线条形成的低角带束层，通过缠绕第二帘线条形成的之字形带束层加强结构，其中，第二帘线条具有比第一帘线条更低的EPI，其中，第二加强帘线条具有8个加强帘线。

本发明的其他实施例提供一种具有胎体和带束层加强结构的充气轮胎，所述带束层加强结构包括通过缠绕第一帘线条形成的低角带束层，通过缠绕第二帘线条形成的之字形带束层加强结构，其中，第二帘线条由第一加强帘线和第二加强帘线形成，其中，与第二帘线相比，第一加强帘线由更高模量的材料形成，并且其中，第一帘线在80%的断裂比具有大于5000MPA的切线模量。

本发明的其他实施例提供一种具有胎体和带束层加强结构的充气轮胎，所述带束层加强结构包括通过缠绕第一帘线条形成的低角带束层，通过缠绕第二帘线条形成的之字形带束层加强结构，其中，第二帘线条由第一加强帘线和第二加强帘线形成，其中，与第二帘线相比，第一加强帘线由更高模量的材料形成，并且其中，第二帘线在80%的断裂比具有小于5000MPA的切线模量。

本发明的其他实施例提供一种具有胎体和带束层加强结构的充气轮胎，所述带束层加强结构包括通过缠绕第一帘线条形成的低角带束层，通过缠绕第二帘线条形成的之字形带束层加强结构，其中，第二帘线条由第一加强帘线和第二加强帘线形成，其中，与第二帘线相比，第一加强帘线由更高模量的材料形成，并且其中，第一帘线在80%的断裂比具有小于35000MPA的切线模量。

本发明的其他实施例提供一种具有胎体和带束层加强结构的充气轮胎，所述带束层加强结构包括通过缠绕第一帘线条形成的低角带束层，通过缠绕第二帘线条形成的之字形带束层加强结构，其中，第二帘线条由第一加强帘线和第二加强帘线形成，其中，与第二帘线相比，第一加强帘线由更高模量的材料形成，并且其中，第一加强帘线由芳纶和尼龙的合并帘线形成。

本发明的其他实施例提供一种具有胎体和带束层加强结构的充气轮胎，所述带束层加强结构包括通过缠绕第一帘线条形成的低角带束层，通过缠绕第二帘线条形成的之字形带束层加强结构，其中，第二帘线条由第一加强帘线和第二加强帘线形成，其中，与第二帘线相比，第一加强帘线由更高模量的材料形成，并且其中，第一加强帘线由芳纶形成。

本发明的其他实施例提供一种具有胎体和带束层加强结构的充气轮胎，所述带束层加强结构包括通过缠绕第一帘线条形成的低角带束层，通过缠绕第二帘线条形成的之字形带束层加强结构，其中，第二帘线条由第一加强帘线和第二加强帘线形成，其中，与第二帘线相比，第一加强帘线由更高模量的材料形成，并且其中，第二加强帘线由尼龙形成。

本发明的其他实施例提供一种具有胎体和带束层加强结构的充气轮胎，所述带束层加强结构包括通过缠绕第一帘线条形成的低角带束层，通过缠绕第二帘线条形成的之字形带束层加强结构，其中，该条具有总计9个加强帘线，使得7个第一加强帘线位于两个第二加强帘线之间。

本发明的其他实施例提供一种具有胎体和带束层加强结构的充气轮胎，所述带束层加强结构包括通过缠绕第一帘线条形成的低角带束层，通过缠绕第二帘线条形成的之字形带束层加强结构，其中，第一条具有0.5英寸的宽度。

本发明的其他实施例提供一种具有胎体和带束层加强结构的充气轮胎，所述带束层加强结构包括通过缠绕第一帘线条形成的低角带束层，通过缠绕第二帘线条形成的之字形带束层加强结构，其中，第一条具有0.062英寸的厚度。

本发明的其他实施例提供一种具有胎体和带束层加强结构的充气轮胎，所述带束层加强结构包括通过缠绕第一帘线条形成的低角带束层，通过缠绕第二帘线条形成的之字形带束层加强结构，其中，第二条具有0.065英寸的厚度。

本发明的其他实施例提供一种具有胎体和带束层加强结构的充气轮胎，所述带束层加强结构包括通过缠绕第一帘线条形成的低角带束层，通过缠绕第二帘线条形成的之字形带束层加强结构，其中，第一条由具有3000/2芳纶1680/1尼龙构造的一个或更多个加强帘线形成。

附图说明

图1是根据本发明的轮胎的第一实施例的一半的示意性剖视图；

图2是在形成过程中的之字形带束层的示意性立体图；

图3是用于轮胎的复合带束层包的第一实施例的一半的示意性放大剖视图，示出带束层配置；

图4是复合带束层包的第二实施例的示意性放大剖视图，示出带束层配置；

图5是带束层加强条的第一实施例；

图6是带束层加强条的第二实施例;

图7是轮胎的替代性实施例；以及

图8是轮胎的替代性实施例。

具体实施方式

图1图示本发明的子午线飞行器轮胎10的一半的剖视图。轮胎关于中间周向平面对称，从而仅图示一半。如图所示，飞行器轮胎包括一对胎圈部分12，每个胎圈部分包含嵌入其中的胎圈芯14。美国专利No.6,571,847示出了适合用于飞行器轮胎的胎圈芯的一个例子。胎圈芯14优选在被多个护套钢丝15包围的中心部分13中具有铝、铝合金或其他轻质合金。本领域技术人员可明白也可采用其他胎圈芯。

飞行器轮胎还包括沿轮胎的径向方向从每个胎圈部分12大体向外延伸的胎侧部分16，以及在胎侧部分16的径向外端之间延伸的胎面部分20。所述轮胎被示出被安装在轮辋凸缘上，轮辋凸缘具有从一个胎圈延伸到另一个胎圈的轮辋凸缘宽度并且在图1中由W_BF表示。轮胎的断面宽度在图1中由W表示并且是当膨胀到正常压力并且未承载时轮胎的最宽部分的剖面宽度。此外，轮胎10由从一个胎圈部分12环向地延伸到另一胎圈部分12的胎体22加强。胎体22由优选沿径向方向定向的内胎体帘布层24和外胎体帘布层26组成。在这些胎体帘布层之中，通常四个内帘布层24从轮胎内侧朝向轮胎外侧缠绕在胎圈芯14上，以形成反包部分，同时通常两个外帘布层26沿内胎体帘布层24的反包部分的外侧向下延伸到胎圈芯14。

飞行器可优选是H型轮胎，具有在约0.65至0.7的范围内的W_BF/W的比率，并且优选在约0.65至约0.68的范围内。

这些胎体帘布层24、26中的每个可包括任何合适的帘线，通常是大体垂直于轮胎的赤道面EP延伸（即，沿轮胎的径向方向延伸）的尼龙帘线，诸如尼龙-6，6帘线。优选地，尼龙帘线具有1890旦尼尔/2/2或1890旦尼尔/3的构造。胎体帘布层24、26中的一个或更多个还可包括芳纶和尼龙帘线结构，例如混合帘线（hybrid cord）、高能帘线（high energy cord）或合并帘线（merge cord)。美国专利No. 4,893,665、美国专利No. 4,155,394或美国专利No. 6,799,618描述了合适的帘线的例子。帘布层帘线可具有大于8%且小于30%的断裂伸长百分比，更优选地大于9%且小于28%。

飞行器轮胎10还包括被布置在胎体22和胎面橡胶28之间的带束层包40。图3图示适合用于飞行器轮胎中的带束层包40的第一实施例的一半。带束层包40关于中间周向平面对称，从而仅图示带束层包的一半。如图所示，带束层包40包括与胎体相邻设置的第一带束层50。第一带束层50优选由加强帘线形成，加强帘线相对于中间周向平面形成10度或更小的角，更优选地，5度或更小。优选地，第一带束层50由两个或更多个帘线的第一经橡胶处理的条41形成，通过相对于周向方向螺旋或盘旋地缠绕帘线制成。第一带束层50是带束层包40中的最窄带束层结构，并且具有在轮辋宽度（凸缘之间的宽度）的约13%至约100%范围内的宽度。

带束层包40还包括位于第一带束层50的径向外侧的第二带束层55。第二带束层55优选由相对于中间周向平面具有10度或更小的角的帘线形成。优选地，第二带束层55由两个或更多个帘线的经橡胶处理的条41形成，通过相对于周向方向螺旋或盘旋地缠绕帘线制成。第二带束层55具有在轮辋宽度的约13%至约100%范围内的宽度。优选地，第二带束层55具有与第一带束层50相同或比第一带束层50略大的宽度。带束层包40还可包括第三带束层60和第四带束层61。第三带束层60位于第二带束层55的径向外侧，并且可大体宽于第二带束层。第四带束层位于第三带束层60的径向外侧，并且可与第三带束层60宽度相同或比第三带束层60略宽。第三和第四带束层60、61是低角带束层（low angle belts），通常相对于中间周向平面具有10度或更小的带束层角。优选地，第三和第四带束层60、61由两个或更多个帘线的第一经橡胶处理的条41形成，通过相对于周向方向螺旋或盘旋地缠绕帘线制成。

带束层包40还包括至少一个之字形带束层加强结构70。之字形带束层加强结构70由如图2所示地形成的交织在一起的两层帘线组成。两个或更多个帘线的经橡胶处理的复合条43形成该之字形带束层结构70。复合条43在图5中被示出并且在下文中被更详细地描述。复合条43大体沿周向方向缠绕，以在轮胎成型鼓49或芯的交替横向边缘44和45之间延伸。该条沿这种之字形路径缠绕许多次，同时条43沿周向方向移动期望量，从而在邻接的条43之间不形成间隙。因此，帘线沿周向方向延伸，同时在两端44、45处的转向点处改变弯曲方向。之字形带束层结构的帘线彼此交叉，其通常当条43在上述周向的每360度之内在帘布层的两个侧端44和45之间往复至少一次时，相对于轮胎的赤道面EP成5度至30度帘线角A。形成在每个之字形带束层结构中的两层帘线被不可分离地嵌入带束层中，并且其中，在带束层的外横向端处不存在切割端。

在图3所示的实施例中，优选的是，低角带束层50、55、60、61中的一个或更多个由EPI为18的加强帘线条形成。优选的是，该加强帘线条由芳纶、或由芳纶和尼龙混合物的合并帘线制成。此外优选的是，所述条具有0.5英寸的宽度，并且具有9个加强帘线。之字形带束层条优选由8个加强帘线构成的0.5英寸的复合条形成，其具有的EPI为16。此外优选的是，之字形带束层条具有0.065英寸的规格或厚度，并且低角带束层由厚度为0.062英寸的条形成。

为了减少带束层边缘处的重叠条的数量，优选改变之字形带束层绕层的幅度或宽度。一般地，之字形带束层被形成为具有恒定的幅度或宽度。为了减小带束层边缘处的层数，可改变之字形的幅度（从鼓中心到鼓的轴向端的距离）。可随机地改变幅度，或者可按图案改变。在一个例子中，鼓上的第一之字形绕层具有第一绕层图案W1W2，其中，W1是第一幅度，W2是紧紧跟随第一幅度的第二幅度，其中，W1不等于W2。第二绕层覆盖在第一绕层上，并且具有第二绕层图案W2W1。在必要的情况下尽可能多地重复每个绕层图案，以完成鼓上的缠绕。

条配置

复合条43在图5中被示出，并且可用于形成任何上述带束层结构，并且优选用于形成至少一个之字形带束层结构。更优选地，复合条用于形成所有之字形带束层结构。复合条由两个或更多个平行的加强帘线制成，其中，加强帘线彼此不同。加强帘线被内嵌在橡胶中。更优选地，复合条43由不同材料制成的加强结构形成。可根据期望改变条的宽度，但优选约为0.5英寸，变化率为+/-5%。可根据应用改变条的规格或厚度。如果加强条被用于螺旋的（盘旋缠绕的）或低角的带束层，则条的规格或厚度可为0.062英寸。如果加强条被用于之字形带束层，则条厚度比低角/螺旋带束层大。用于之字形带束层的条厚度优选为0.065英寸。

在图5所示的第一实施例中，第一帘线加强结构44具有比第二帘线加强结构46高的切线模量。优选地，复合条具有在条上沿横向向内设置的至少两个更高切线模量的加强帘线44，以及至少两个更低切线模量加强帘线。优选地，更低切线模量加强帘线46位于复合条的横向外端上。更高切线模量加强帘线44具有在80%的断裂比大于4500MPA的切线模量，更优选大于10000MPA且小于31000MPA。更低切线模量帘线46具有在80%的断裂比小于4500MPA的切线模量。

在图5所示的例子中，总计8个加强帘线彼此平行关系地布置。复合条43具有0.5英寸的宽度。复合条43的EPI（端数/英寸）（ends/inch）为16。复合条43具有位于条的每个横向边缘上的尼龙加强帘线46。也可以具有四个外加强帘线46，其中，两个加强帘线46位于每个横向边缘。更低模量加强帘线46可由任何期望的材料形成，诸如尼龙或尼龙6，6。优选的是更低模量帘线46具有2100旦尼尔/2/2构造的尼龙。如图5所示，复合条43具有位于更低模量加强帘线44径向内侧的六个更高模量加强帘线46。内侧加强帘线44可由任何更高模量材料形成，诸如芳纶、POK、或由芳纶和尼龙制成的合并或混合帘线。合适的帘线构造的一个例子可包括芳纶和尼龙的复合材料，其包含由捻度为6.7的3300dtex构造的聚酰胺（芳纶）构成的两个帘线，以及具有捻度为4.5的1860dtex构造的一个尼龙或尼龙6，6帘线。总合并缆线捻度为6.7。合适的高模量帘线构造的第二个例子包含由具有1670旦尼尔/1/3构造的聚酰胺构成的三个帘线。

图6图示适合用于本发明的条的第二实施例。复合条100具有0.5英寸的条宽度和九个加强帘线。复合条100的EPI（端数/英寸）为18。位于条的每个横向端处的横向外侧加强帘线146由更低模量材料形成，具有在80%的断裂比小于4500MPA的切线模量。优选地，外侧加强帘线146由尼龙形成。复合条还包括更高模量帘线144，其优选位于更低模量加强帘线146之间。

图4图示本发明的第二实施例。第二实施例包括第一和第二之字形带束层结构80、90。第二之字形带束层结构90位于第一带束层结构80的径向外侧。第二之字形带束层结构90具有比第一之字形带束层结构80更小的宽度。

图7图示本发明的第三实施例。第三实施例包括第一、第二和第三之字形带束层结构92、70、60。第三之字形带束层结构60是径向最内侧之字形带束层，并且具有比第二之字形带束层70的轴向宽度小的轴向宽度。第二之字形带束层70是最宽的之字形带束层，并且是所有带束层中最宽的。低角带束层50、55远比之字形带束层要窄。图8还示出之字形带束层可被布置成使得径向最外侧之字形带束层是最窄的之字形带束层，并且之字形带束层70比带束层92宽。径向最内侧之字形带束层60是最宽的之字形带束层，并且是所有带束层中最宽的。优选地，利用第一加强帘线条螺旋地缠绕低角带束层50、55，其中，第一加强帘线条具有的EPI为18，并且加强帘线是芳纶和尼龙混合物构成的合并帘线。第一条具有0.062英寸的厚度。之字形带束层由与第一加强帘线条不同的第二加强帘线条形成。优选地，第二加强帘线条具有的EPI小于第一条，并且更优选地为16EPI。第二条的厚度为0.065英寸。优选地，在第二条的横向外端处的加强帘线由尼龙帘线形成。优选地，位于尼龙帘线之间的内帘线由合并帘线或尼龙和芳纶的混合物或芳纶形成。

此外优选的是，帘布层帘线的断裂伸长率大于带束层帘线的断裂伸长率。利用在浸渍之后轮胎硫化之前获得的帘线样品确定帘线特性，诸如断裂伸长百分比、线密度和抗拉强度。

鉴于本文提供的描述，可对本发明进行改变。虽然为了说明本发明已经示出了某些代表性实施例和细节，但是对本领域技术人员来说显而易见的是可进行各种改变和修改而不会脱离本发明的范围。